Пневмотранспорт. Расчет производительности и скорости воздуха в системах пневмотранспорта. Потери напора в системе пневмотранспорта. Расчет пневмотранспортных установок.

Пневмотранспорт получил особенно широкое распространение за последние тридцать лет, и в настоящее время он практически полностью вытеснил на предприятиях по переработке пластмасс все другие виды транспорта (конвейеры, транспортеры). Широ­кое применение пневмотранспорта объясняется следующими причинами: 1) возможностью перемещения сыпучих материалов в горизонтальном, наклонном и вертикальном направлениях; 2) герметичностью трубопроводов и отсутствием потерь транс­портируемых материалов; 3) сравнительной простотой конструк­ции, обслуживания и эксплуатации при незначительных площа­дях и объеме зданий; 4) возможностью полной автоматизации процесса транспортирования и распределения материала по бункерам; 5) возможностью совмещения транспортирования ма­териала с его сушкой подогретым воздухом.

Пневматические транспортные установки (рис. 1) могут быть всасывающими (вакуум-транспорт) и нагнетательными (пневмотранспорт). Принципиальной разницы между этими си­стемами нет, поскольку в обоих случаях движущей силой явля­ется разность давлений на входе и на выходе из трубопровода, обеспечивающая нужную скорость воздушного потока.

В нагнетательных системах источник движущегося воздуха (вентилятор, воздуходувку или компрессор) располагают в нача­ле установки, а во всасывающих системах (вакуум-насос) - в конце, возле места выгрузки. В первом случае перепад давле­ний в системе может достигать 0,3 МПа, так как более плотный воздух лучше поддерживает перемешиваемый материал, что осо­бенно важно при большой длине трубопроводов. Во втором слу­чае максимальный перепад давлений не превышает 0,04- 0,05 МПа, поэтому такие системы применяют для транспортиро­вания сырья на небольшие расстояния.

Всасывающая пневмотранспортная установка (рис. 2, а) состоит из вакуум-насоса 7, приемного сопла 2 трубопровода 3, циклона-отделителя 4, фильтра 5 и шлюзовых затворов 8. Ва­куум-насос создает разрежение в системе. Под действием ат­мосферного давления сыпучий материал 1 вместе с воздухом засасывается через сопло 2 в трубопровод 3 и поступает в циклон-отделитель, в котором скорость воздушного потока резко снижается и происходит осаждение материала. Воздух, содер­жащий мелкую пыль, очищается в фильтре 5 и, пройдя через влагоотделитель б, поступает в вакуум-насос, откуда он выбра­сывается в атмосферу. Материал из циклона-отделителя и фильтра поступает через шлюзовые затворы 6, обеспечивающие достаточно надежную герметизацию системы, к секторным доза­торам 9.

Рис. 1. Схемы пневмотранспортных установок:

а - всасывающей; б - нагнетательной.

Нагнетательная пневмотранспортная установка (рис. 2, б) состоит из воздуходувки 1, калорифера 2, бункера-силоса 5, секторного дозатора 4, трубопровода 5, циклона-отделителя 6 и воздушного фильтра 7. Нагнетаемый воздуходувкой воздух про­ходит через калорифер 2 в трубопровод 5, в который из бунке­ра 3 сыпучий материал подается секторным питателем 4. Воз­душный поток подхватывает материал и транспортирует его по трубопроводу в циклон-отделитель 6, где и происходит его осаж­дение. Выгрузка материала из циклона 6 и воздушного фильт­ра 7 производится через шлюзовые затворы 8.

Расчет скорости воздуха в системах пневмотранспорта.

Движение порошкообразных и гранулированных материалов в системах пневмотранспорта основано на эффекте псевдоожиже­ния. Пропускание воздушного потока через слой сыпучего мате­риала вызывает уменьшение его насыпной плотности и приводит его частицы в хаотическое движение. Когда скорость воздушно­го потока достигнет критического значения (скорость витания), сыпучий материал переходит в псевдоожиженное состояние и может транспортироваться по трубам, подобно жидкости.

Скорость начала псевдоожижения зависит от размеров час­тиц, их плотности, плотности и вязкости газа и ряда других факторов. Скорость витания υ_в можно определять по эмпириче­ской формуле

где λ - коэффициент сопротивления воздушному потоку; Re - число Рейнольдса; Аr - критерий Архимеда.

Коэффициент λ равен:

Для предварительной оценки числа Рейнольдса использует­ся интерполяционная зависимость, справедливая до значений Аr ≤ 10⁸

Критерий Архимеда рассчитывает­ся по формуле

где g - ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/с²; d - средний диаметр частицы, м; ρ - плотность твердого материала, кг/м³; ρ_о - плотность потока возду­ха, кг/м³; ν - кинематическая вязкость воздуха, м²/с.

Расчет производительности в системах пневмотранспорта.

Загрузка транспортирующего потока транспортируемым мате­риалом характеризуется величиной коэффициента взвеси гп, равным отношению расхода твердого материала G_т к расходу газовой фазы G_г:

m = G_т /G_г

С другой стороны, величина этого коэффициента определяет­ся соотношением

Здесь σ - объемная концентрация транспортируемого мате­риала:

где ρ_к - кажущаяся плотность транспортируемого материала; ρ - плотность транспортируемого материала.

Для определения объемной концентрации используется эмпирическое выражение

где υ - скорость воздушного потока в трубе; σ₀ - начальная объемная кон­центрация; σ₀= ρ_н /ρ; ρ_н - насыпная плотность материала.

Для определения фактической скорости движения частиц ма­териала в трубопроводе необходимо определить коэффициент скольжения i

где u - скорость движения частиц в воздушном потоке.

Обработкой экспериментальных данных для коэффициента скольжения получена следующая зависимость:

Потери напора в системе пневмотранспорта.

Сопротивление вертикального участка пневмотранспорта скла­дывается из сопротивления, возникающего вследствие трения транспортируемого материала и транспортирующего потока о стенки трубопровода, из статического напора, соответствующего весу транспортируемого материала и транспортирующего пото­ка, вычисленным из условия постоянства объемной концентра­ции твердой фазы по высоте, и из динамической потери напора, обусловленной изменением скорости на разгонном и тормозном участках:

Отдельные составляющие этого выражения определяются следующим образом.

Потери от трения транспортирующего потока ΔP_iрассчиты­вают по формуле

где L и D - соответственно длина и диаметр трубы.

Коэффициент сопротивления λ определяют в зависимости от значения критерия Рейнольдса по одной из следующих формул:

Статический напор транспортирующего потока находят по весу потока в трубе:

Потери напора на преодоление веса транспортируемого ма­териала определяются выражением

где γ и γ₀ - соответственно удельный вес материала гранул и транспортирующего воздуха.

Потери напора на трение о стенки трубопровода материала, движущегося в нем со скоростью u, рассчитываются по формуле

Значение коэффициента сопротивления определяют по формуле

здесь d - диаметр частицы; Fr - критерий Фруда, рассчитываемый по форму­ле , g - ускорение свободного падения.

Потери напора, связанные с затратами энергии на изменение скорости частиц на разгонном и тормозном участках, определя­ют из выражения

где Δu - изменение скорости частиц; F - площадь поперечного сечения тру­бопровода.

Тема №3

Лекция №6.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: